1.Netty之IO浅析

你的名字 2022-05-26 02:13 168阅读 0赞

传统Socket 同步阻塞服务端：

采用while(true)方式，每个连接分配单独的线程的模型，之所以使用多线程是因为该模型同步阻塞的，当一个连接在处理I/O的时候，后续的请求是阻塞的。如果是单线程的话必然就挂死在那里，后续的请求无法进入；于是优化采取每个请求新建一个线程去处理。

稍微好点的是直接用线程池去接收请求，来减小线程池生命周期的开销。

这个模型最本质的问题在于，**严重依赖于线程**。但线程是很"贵"的资源，主要表现在：

1.  线程的创建和销毁成本很高，在Linux/Unix操作系统上，线程本质上就是一个进程。创建和销毁都是重量级的系统函数。
2.  线程本身占用较大内存，像Java的线程栈，一般是接近1M的空间，如果系统中的线程数过万，恐怕整个JVM的内存都会被吃掉一半。
3.  线程的切换成本是很高的。操作系统发生线程切换的时候，需要保留线程的上下文，然后执行系统调用。如果线程数过高，可能执行线程切换的时间甚至会大于线程执行的时间。
4.  如果网络环境不是很稳定，就很容易造成大量请求的结果同时返回，激活大量阻塞线程从而使系统负载压力过大。

通过观察我们可以看到主要原因在于socket.accept()、socket.read()、socket.write()三个主要函数都是同步阻塞的，也就意味着该**请求的接受和读/写都是阻塞**的，那么会多次阻塞。

这种方式对应的是Unix网络编程里对应的阻塞I/O模型，即从发起请求数据开始，接收数据到完成读写都是阻塞的，整个资源都是处于占用状态。

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NIO 非阻塞IO服务器

NIO对应的Unix网络编程里的I/O多路复用模型，处理读写的操作对应的linux底层操作指令是epoll（Nginx底层调用的也是这个函数），先去检查系统是否有能力处理请求，如果有能力接受请求，则直接接受到一个队列中，然后有操作系统去从队列中取这一批数据去做处理；反之则直接返回0，**客户端永远不会阻塞**。

介绍了I/O模型并且结合代码，我们可以发现NIO中的socket主要的读、写、注册和接收函数，在等待就绪阶段都是非阻塞的，阻塞操作只在CPU处理读写上了（这种更加的高效）。

NIO的线程模型采取了非常高效的Reactor模型：

标准/典型的Reactor：

*  步骤1：等待事件到来（Reactor负责）。
 *  步骤2：将读就绪事件分发给用户定义的处理器（Reactor负责）。
 *  步骤3：读数据（用户处理器负责）。
 *  步骤4：处理数据（用户处理器负责）。

NIO的模型图为

![20180423154345541][]

可以看到Reactor起到了接收请求非阻塞的关键，这个组件在NIO模型中扮演该角色的是Selector。

NIO一个新的特点就是不依赖输入输出流他依赖一个新的组件Channel，它用于源节点与目标节点的连接。在 Java NIO 中负责缓冲区中数据的传输。Channel 本身不存储数据，因此需要配合缓冲区进行传输，此外通道之间还有聚合和分散的操作。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="vertical-align:middle;">区别</th> 
   <th style="vertical-align:middle;">流</th> 
   <th style="vertical-align:middle;">通过Channel</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:middle;">支持异步</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">不支持</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:middle;">是否可双向传输数据</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">不能，只能单向</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:middle;">是否结合 Buffer 使用</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">不</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">必须</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:middle;">性能</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">较低</td> 
   <td style="vertical-align:middle;">较高</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

然后介绍下NIO还用了比IO更先进的数据缓冲区Buffer，它的好处非常明显：

1.  使用数组的方式不够灵活且性能差。
2.  缓冲区的很多操作（clear、flip、rewind）都是操作limit和position的值来实现重复读写。

也就是说这个Buffer是一个可以重复利用的数据结构，它相对于之前的数组非常的高效。

[20180423154345541]: /images/20220526/ce9a1ce1302a40cc99ba68288d87b664.png